2021 Fiscal Year Research-status Report

サブオングストロームレベルの微細細孔制御を活用した元素選択的分離技術の開発

Research Project

Project/Area Number	21K04949
Research Institution	Japan Atomic Energy Agency
Principal Investigator	南川卓也国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所先端基礎研究センター, 研究職 (30370448)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	関根由莉奈国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門原子力科学研究所物質科学研究センター, 研究職 (00636912) 山田鉄兵東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (10404071)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	吸着剤 / ハイドロゲル / センサー
Outline of Annual Research Achievements	本研究では放射性元素を選択的に除去できる配位高分子の開発を行いながら、配位高分子をハイドロゲルと一体化した複合材料開発を行い、原子力などの実用的用途を想定した吸着剤やセンサー開発の可能性を探索する。研究代表者を中心に、分野横断的な研究協力体制を作り、複合材料の物性を最大化しながら、ウラン等放射性元素や毒劇元素に対して高い選択性を持つ分離剤及びセンサーの開発を遂行する。研究で完成したセンサーは海外の大学等と連携して小型センサーの応用開発も試みる。今年度は、研究計画に従い(a) 放射性元素を選択的に除去できる配位高分子の開発を行いながら、(b) 配位高分子をハイドロゲルと一体化した複合材料開発を行い、(c) 原子力などの実用的用途を想定した吸着剤やセンサー開発の可能性を探索した。その結果、(a) については、有害物質及び放射性元素を選択的に除去できる材料について論文発表を行うことが出来た。(b) については、実際に吸着剤とハイドロゲルを一体化した材料の合成を行い、その反応メカニズムの解析を行いながら、最適な材料の開発を現在も目指している。(c) については、実際にどのような吸着剤やセンサーが実用的用途があり、どのような活用方法が最も良いかを探るために、共同研究者のアメリカ、ノースウェスタン大学のジョン教授と実験を行い、実用的なセンサーの開発を現在も継続中である。以上のことから、技術開発の基となる吸着剤の開発に今年度は成功している。次年度以降はこのような材料を様々な実用的技術に転換する計画である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason この研究の基盤となる吸着剤センサーの開発には早々に成功し、1年目に論文がアクセプトされ、次年度すぐにこの論文が発表される。今後は、このような吸着剤をハイドロゲルなどの細孔性材料と一体化し、実用性の高い吸着剤またはセンサーへと転換していく予定である。またその計画に関しても本年度、ノースウェスタン大学と打ち合わせや実験を行うことで可能となり、国際的な連携を行って材料の開発が始まっている。この技術も論文化や実用化への道が見えており、高いインパクトを与える可能性がある研究である。このため、当初の計画以上に進展しているとした。
Strategy for Future Research Activity	今後も放射性元素を選択的に除去できる配位高分子の開発を行いながら、吸着剤をハイドロゲルと一体化した複合材料開発を行い、原子力などの実用的用途を想定した吸着剤やセンサー開発の可能性を探索していく。今年度に開発された鉛や放射性元素を分離できるセンサーや吸着剤については、既にノースウェスタン大学と共同で実用化を検討しているため、これを継続する。ノースウェスタン大学との共同研究では、これまでにない親水性の細孔を使った吸着剤やセンサーの応用研究も進んでおり、次年度はこの論文の完成を急ぐ。このほかにも、センサーや吸着剤を活かした実用研究が進んでいるため、これらを実施期間内に進めていく。
Causes of Carryover	日本での研究に必要であった元素分析やX線回折などの装置利用費の予算は、新型コロナウイルスなどの影響により当初計画通りに使用できなかったことから、今年度における支出額が予定よりも少額になり、次年度使用額が生じることとなった。次年度使用額は、次年度分研究費と合わせて、当初計画通りに今年度に開発したセンサーや吸着剤の実用化に向けた実験に用いる物品等の購入に係る費用として使用する。